【產品應用】ePort-M PCB設計技巧與案例分享
??產品簡介
在傳統方式的網絡通訊電路設計中，MCU的MAC控制器應先通過RMII信號線連接至PHY芯片，再經由網絡變壓器連接至RJ45座子，設計過程復雜，對設計人員要求較高，且遇到問題需要改動時，非常不便。
ePort-M百兆以太網模塊采用RMII接口，內部集成了PHY芯片與網絡變壓器，用戶使用時僅需完成MCU的MAC控制器和ePort-M模塊管腳之間的走線即可，使得網絡通訊電路設計簡單化，縮短了開發時間，降低了設計人員要求。
圖1 網絡通訊電路設計示意圖
??PCB設計技巧
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RMII信號線布線時需控制單端50歐阻抗匹配，避免阻抗不連續造成信號反射，影響通訊質量；
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RMII中TX組與REF_CLK的串聯匹配電阻（如圖2中的R5~R8）布局時應靠近信號發射端即MCU端放置；
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RMII走線間距建議至少保持2W，若受限PCB空間，應優先確保REF_CLK的間距要求；
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RMII信號線以REF CLK時鐘線為基準進行等長布線，建議控制在200mil左右；
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RMII信號回流平面應完整；
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當使用一路MDIO接口同時管理多路ePort-M時，MDIO走線推薦按圖3所示方式布線。
圖3 MDC/MDIO推薦布線
??案例分享當PCB設計未能遵循上述設計規則時，可能會造成ePort-M模塊通訊異常，輕則速率達不到要求，重則無法ping通。下面以實際案例說明。某塊搭載雙路ePort-M模塊的工控底板在實際使用過程中，其網口無法正常通訊，出現頻繁Link Up與Down的情況，長ping測試結果如圖4所示。工控底板PCB布局布線如圖5所示。
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RMII中TX組信號線的串接電阻布局于ePort-M端，正常應布局在核心板/MCU端（案例中REF_CLK串接電阻已集成在核心板上）；
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同組RMII信號線布線間距過近，可能會造成線間干擾；
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不同組RMII信號線相鄰層平行布線，可能會造成層間干擾；
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RMII信號線未控制阻抗，會造成信號反射；
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RMII、MDC/MDIO信號線布線與5V_DC-DC開關電源電路相鄰，導致RMII、MDC/MDIO受到干擾。
進一步分析發現工控底板的MDIO脈沖頻率與DC-DC電源電路的開關頻率相近，測得其兩者波形如圖7所示，可見兩者具有強相關性。
對此情況，我們將DC-DC開關電源電路斷開，直接由外部電源供電，經測試，兩路網均口能夠正常通訊，且通訊速率符合要求，通訊速率測試結果如圖8所示。
通過上述案例可見，PCB布局布線對ePort-M模塊的通訊質量具有較大影響，工程師在進行PCB設計時，應滿足上文所述的設計規則。
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